Development of Students' Critical Thinking Skills with STEM Activities in Early Childhood Science Education

Abstract

This research examines how design-based STEM (Science, Technology, Engineering, and Mathematics) activities in early childhood affect the development of critical thinking skills in preschool children aged 60-72 months. The research was conducted using an action research design. The participants of the study were determined according to the purposeful sampling method. The researcher's participants consist of 15 children attending preschool education. In the study, the Critical Thinking Skill Rubric was used as a data collection tool. With this scoring key, the students' weekly work based on STEM activities was evaluated and their developments were monitored. The study was conducted with the implementation of 8 STEM scenarios. The data of the research were scored by two different scorers. Descriptive statistics were used in the analysis of the data. In the first week, it was determined that critical thinking skills were insufficient, but a significant improvement was observed in these skills during the application process. The research results show that the students enjoyed the STEM applications, their interest levels increased, and the problems experienced during the activity process decreased. Various suggestions have been presented based on the research results.

Keywords

• Design-based STEM
• early childhood education
• science education
• critical thinking
• action research

Erken Çocukluk Döneminde Fen Eğitiminde STEM Etkinlikleriyle Öğrencilerin Eleştirel Düşünme Becerilerinin Geliştirilmesi

Abstract

Bu araştırma, erken çocukluk döneminde tasarım tabanlı STEM (Fen, Teknoloji, Mühendislik ve Matematik) etkinliklerinin okul öncesi eğitime devam eden 60-72 aylık çocukların eleştirel düşünme becerilerini geliştirmeye nasıl etki ettiğini incelemektedir. Araştırma, eylem araştırması deseni kullanılarak yürütülmüştür. Araştırmanın katılımcıları amaçlı örnekleme yöntemine göre belirlenmiştir. Araştırmacının katımıcılarını okul öncesi eğitimde öğrenim gören 15 çocuk oluşturmaktadır. Araştırmada veri toplama aracı olarak, Eleştirel Düşünme Becerisi Dereceli Puanlama Anahtarı kullanılmıştır. Bu puanlama anahtarıyla öğrencilerin, STEM etkinliklerine dayalı olarak haftalık yapmış oldukları çalışmaları değerlendirilmiş ve gelişmeleri izlenmiştir. Araştırma, 8 STEM senaryosunun uygulanmasıyla gerçekleştirilmiştir. Araştırmanın verileri, iki farklı puanlayıcı tarafından puanlanmıştır. Verilerin analizinde betimsel istatistik kullanılmıştır. İlk haftada eleştirel düşünme becerilerinin yetersiz olduğu belirlenmiş ancak uygulama sürecinde bu becerilerde belirgin bir gelişme gözlemlenmiştir. Araştırma sonuçları, öğrencilerin STEM uygulamalarından keyif aldıklarını, ilgi düzeylerinin arttığını ve etkinlik sürecinde yaşanan sorunların azaldığını göstermektedir. Araştırma sonuçlarına dayanarak çeşitli öneriler sunulmuştur.

Keywords

• Tasarım tabanlı STEM
• erken çocukluk eğitimi
• fen eğitimi
• eleştirel düşünme
• eylem araştırması

References

1. Abanoz, T. (2020). STEM yaklaşımına uygun fen etkinliklerinin okul öncesi dönem çocuklarının bilimsel süreç becerilerine etkisinin incelenmesi. Yayımlanmamış doktora tezi. Gazi Üniversitesi, Ankara.
2. Akintemi, E. O., & Oduolowu, E. A. (2021). Sciencing activities and scientific skills of children at pre-primary level in Nigeria. International Online Journal of Primary Education (IOJPE), 10(1), 106-118.
3. Alkoç, N. (2020). Okul öncesi öğretmen adaylarının 21. yüzyıl öğrenen becerileri ile eleştirel düşünme eğilimleri arasındaki ilişkinin incelenmesi. Yayımlanmamış yüksek lisans tezi. Kafkas Üniversitesi, Kars.
4. Asığığan, İ.S. (2019). Oyunlaştırılmış STEM uygulamalarının öğrencilerin içsel motivasyon düzeyleri eleştirel düşünme eğilimi ve problem çözme becerisi algıları üzerindeki etkisi. Yayınlanmamış yüksek lisans tezi. Bahçeşehir Üniversitesi, İstanbul.
5. Aslan, S. & Uyulan, V. (2023). Erken çocukluk döneminde fen eğitimine yönelik öğretmen görüşlerinin ve uygulamalarının incelenmesi. Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 66, 502–543.
6. Aybek, B. (2010). Örneklerle düşünme ve eleştirel düşünme. Nobel Kitapevi.
7. Babbie, E. (2007). The basics of social research. Thomson Higher Education.
8. Bahar, M. & Aksüt, P. (2020). Investigation on the effects of activity-based science teaching practices in the acquisition of problem solving skills for 5-6 year old pre-school children. Journal of Turkish Science Education, 17 (1), 22-39.

9. Baharin, N., Kamarudin, N., & Manaf, U. K. A. (2018). Integrating STEM education approach in enhancing higher order thinking skills. International Journal of Academic Research in Business and Social Sciences, 8(7), 810–822.
10. Bal, E. (2018). FeTeMM (fen, teknoloji, mühendislik, matematik) etkinliklerinin 48-72 aylık okul öncesi çocuklarının bilimsel süreç ve problem çözme becerilerinin üzerindeki etkisinin incelenmesi. Yayımlanmamış yüksek lisans tezi. Marmara Üniversitesi, İstanbul.
11. Bartolini-Bussi, M., & Mariotti, M. A. (2008). Semiotic mediation in the mathematics classroom: artifacts and signs after a Vygotskian perspective. In L.D. English & D. Kirshner (Eds.). Handbook of international research in mathematics (pp. 746-783). Routledge.
12. Başaran, M. (2018). Okul öncesi eğitimde STEM yaklaşımının uygulanabilirliği (eylem araştırması). Yayımlanmamış doktora tezi. Gaziantep Üniversitesi, Gaziantep.
13. Behram, M. (2019). STEM öğretim yaklaşımının okul öncesi dönemi öğrencilerinin bilimsel süreç becerilerine etkisinin incelenmesi. Yayımlanmamış yüksek lisans tezi. İstanbul Aydın Üniversitesi, İstanbul.
14. Bıkmaz-Bilgen, Ö. (2019). Tamamlayıcı ölçme ve değerlendirme teknikleri 1: Performans değerlendirme. N. Doğan (Ed.). Eğitimde ölçme ve değerlendirme içinde (s. 181-216). Pegem Akademi Yayıncılık.
15. Buldu, M. (2018). The effect of science education on the critical thinking skills of preschool children. International Journal of Education and Research, 6(3), 11-20.
16. Büyüköztürk, Ş. Kılıç Çakmak, E., Akgün, Ö. E., Karadeniz, Ş. & Demirel, F. (2016). Bilimsel araştırma yöntemleri. Pegem Akademi Yayıncılık.
17. Bybee, R.W. (2013). The case for STEM education: Challenges and opportunities. National Science Teachers Association.
18. Campbell, C. & Howitt, C. (2023). The place of sicence in the early years. In C. Campbell & C. Howitt (Eds.). Science in early childhood. Cambridge University Press
19. Can, A. (2019). SPSS ile bilimsel araştırma sürecinde nicel veri analizi. Pegem Akademi Yayıncılık.
20. Capraro, R.M. & Slough, S.W. (2013). Why PBL? Why STEM? Why now? An introduction to STEM project based learning. In R.M. Capraro, M.M. Capraro, & J. Morgan (Eds.). STEM project-based learning: An integrated Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) approach (2nd Edition). (pp. 1-5). Rotterdam.
21. Clements, D.H., & Sarama, J. (2011). Early childhood mathematics intervention. Science, 333(6045), 968-970.
22. Cohen, L., Manion, L. & Morrison, K. (2017). Research methods in education. Routledge.
23. Cunningham, C.M., & Carlsen, W.S. (2014). Teaching engineering practices. Science and Children, 52(1), 42-47.
24. Çetin, M., & Demircan H.Ö. (2020). STEM education in early childhood. Inonu University Journal of the Faculty of Education, 21(1), 102-117. DOI: 10.17679/inuefd.437445
25. Çilengir-Gültekin, S. (2019). Okul öncesinde eğitimde drama temelli erken STEM programının bilimsel süreç ve yaratıcı düşünme becerilerine etkisi. Yayımlanmamış yüksek lisans tezi. Aydın Adnan Menderes Üniversitesi, Aydın.
26. Dilekli, Y. (2019). Etkinliklerle düşünme öğretimi. Pegem Akademi Yayıncılık.
27. Ennis, R. (2011). The nature of critical thinking: An outline of ciritical thinking dispositions and abilities. University of Illinois.
28. Eshach, H., & Fried, M.N. (2016). Should science be taught in early childhood? Journal of Science Education and Technology, 25(4), 553-569.
29. Facione, P.A. (1990). Critical thinking: A statement of expert consensus for purposes of educational assessment and instruction - executive summary - the delphi report. The California Academic Press.
30. Facione, P.A. (2011). Critical thinking: What it is and why it counts. Insight Assessment.
31. Fleer, M. (2013). Science in early childhood. Cambridge University Press.
32. Gopnik, A. (2018). Scientific thinking in young children: Theoretical advances, empirical research, and policy implications. Science, 359(6381), 1-8.
33. Göktürk, G. (2015). Investigating the effects of teaching critical thinking skills with the conceptual change instruction method on students’ critical thinking. Educational Sciences: Theory & Practice, 15(1), 173-184.
34. Güçlü, İ. (2020). Sosyal bilimlerde nicel veri analizi. Gazi Kitapevi.
35. Güldemir, S. & Çınar, S. (2021). STEM etkinliklerinin okul öncesi öğrencilerinin yaratıcı düşünmesine etkisi. Erken Çocukluk Çalışmaları Dergisi. 5(2), 359–383.
36. Hacıoğlu, Y. (2017). Fen, teknoloji, mühendislik ve matematik (STEM) eğitimi temelli etkinliklerin fen bilgisi öğretmen adaylarının eleştirel ve yaratıcı düşünme becerilerine etkisi. Yayımlanmamış doktora tezi. Gazi Üniversitesi, Ankara.
37. Hebebci, M. T., & Usta, E. (2022). The effects of integrated STEM education practices on problem solving skills, scientific creativity, and critical thinking dispositions. Participatory Educational Research, 9(6), 358-379. https://doi.org/10.17275/per.22.143.9.6
38. Kavak, Ş. (2020). STEM öğretim yaklaşımına dayalı etkinliklerin okul öncesi çocukların temel bilimsel süreç becerilerine etkisi. Yayımlanmamış doktora tezi. Çukurova Üniversitesi, Adana.
39. Kilmen, S. (2020). Eğitim araştırmacıları için SPSS uygulamalı istatistik. Anı Yayıncılık.
40. Kutlu, Ö., Doğan, C.D. & Karakaya, İ. (2023). Ölçme ve değerlendirme. Performansa ve portfolyoya dayalı durum belirleme. Pegem Akademi Yayıncılık.
41. Lipman, M. (2003). Thinking in education (2nd ed.). Cambridge University Press.
42. Mater, N. R., Haj Hussein, M. J., Salha, S. H., Draidi, F. R., Shaqour, A. Z., Qatanani, N., & Affouneh, S. (2020). The effect of the integration of STEM on critical thinking and technology acceptance model. Educational Studies, 48(5), 642–658. https://doi.org/10.1080/03055698.2020.1793736
43. Mills, G.E. (2014). Action research: A guide for the teacher researcher. Pearson.
44. Mills, G.E. & Gay, L.R. (2019). Educational research. Pearson.
45. Moomaw, S. (2024). Teaching STEM in the early years, 2nd edition: activities for ıntegrating science, technology, engineering, and mathematics. Redleaf Press.
46. Öcal, S. (2018). Okul öncesi eğitime devam eden 60-66 ay çocuklarına yönelik geliştirilen STEM programının çocukların bilimsel süreç becerilerine etkisinin incelenmesi. Yayımlanmamış yüksek lisans tezi. Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul.
47. Özdemir, A. (2016). Yönetim biliminde ileri araştırma yöntemleri ve uygulamalar. Beta.
48. Öztürk, Z.D. (2020). STEM etkinliklerinin okul öncesi öğrencilerin problem çözme becerisine etkisi. Yayınlanmamış yüksek lisans tezi. Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi, Rize.
49. Pekbay, C. (2023). A sample STEM activity based on the engineering design process: A study on prospective preschool teachers’ views. Participatory Educational Research, 10(1), 86-105. http://dx.doi.org/10.17275/per.23.5.10.1
50. Reason, P., & Bradbury, H. (2008). The Sage handbook of action research: Participative inquiry and practice. Sage.
51. Santos, L. F. (2017). The role of critical thinking in science education. Journal of Education and Practice, 8(20), 160-173.
52. Sığrı, Ü. (2018). Nitel araştırma yöntemleri. Beta Yayınları.
53. Smeddy, N. (2023). Early childhood education: preparation in teaching and administration. Training Learning and Consulting.
54. Stringer, E. T. (2014). Action research. Sage publications.
55. Şahin, M.G. (2019). Performansa dayalı değerlendirme. B. Çetin (Ed.), Eğitimde ölçme ve değerlendirme içinde (s. 215-268). Anı Yayıncılık.
56. Şimşek, V. (2022). STEM öğretim yaklaşımı uygulamalarının okul öncesi dönemde yaratıcılık ve eleştirel düşünme becerisine etkisi. Yayımlanmamış yüksek lisans tezi. Alanya Alaaddin Keykubat Üniversitesi, Antalya.
57. Tanın, K. (2021). STEM etkinliklerinin okul öncesi öğretmen adaylarının bilgi işlemsel, eleştirel ve çok boyutlu 21. yüzyıl becerilerine etkisi. Yayımlanmamış yüksek lisans tezi. Kastamonu Üniversitesi, Kastamonu.
58. Taşpınar, M. (2017). Sosyal bilimlerde SPSS uygulama nicel veri analizi. Pegem Akademi Yayıncılık.
59. Tekin, S. (2020). Mühendislik temelli robotik uygulamaları içeren STEM öğretim yaklaşımının eleştirel düşünme ve mesleki tercihine etkisi. Yayımlanmamış yüksek lisans tezi. Erzincan Binali Yıldırım Üniversitesi, Erzincan.
60. Topsakal, İ. (2018). Probleme dayalı STEM öğretim yaklaşımının öğrencilerin öğrenme iklimlerine, eleştirel düşünme eğilimlerine ve problem çözme becerilerine yönelik algılarına etkisinin araştırılması. Yayımlanmamış yüksek lisans tezi. Erzincan Binali Yıldırım Üniversitesi, Erzincan.
61. Topsakal, İ., Altun Yalçın, S. & Çakır, Z. (2022). The effect of problem-based STEM education on the students’ critical thinking tendencies and their perceptions for problem-solving skills. Science Education International, 33(2), 136-145. https://doi.org/10.33828/sei.v33.i2.1
62. Turan, S. & Özer Özkan, Y. (2019). Ulaşılan sonuçların doğruluğunun ve inandırıcılığının kontrolü. S. Turan (Ed.), Eğitimde araştırma yöntemleri içinde (s. 162-178). Nobel Akademik Yayıncılık.
63. Uludağ, G. & Erkan, N.S. (2020). Erken çocukluk döneminde fen eğitimi ve önemi. G. Uludağ (Edt.). Erken çocukluk döneminde fen eğitimi - “çocuğun keşif yolculuğu” içinde (ss. 2-33). Nobel Yayıncılık.
64. Ünal, M. (2019). 4-6 yaş okul öncesi çocuklarına etkinlik temelli STEM öğretim yaklaşımının bilimsel süreç becerilerine etkisinin incelenmesi. Yayımlanmamış yüksek lisans tezi. Abant İzzet Baysal Üniversitesi, Bolu.
65. Üret, A. (2019). STEM öğretim yaklaşımının anaokuluna devam eden 5 yaş çocuklarının yaratıcılık düzeylerine etkisi. Yayımlanmamış yüksek lisans tezi. Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul.
66. Yaşar, M.D. (2018). Performans ölçülmesi. S. Baştürk (Ed.). Eğitimde ölçme ve değerlendirme içinde (s. 155-174). Nobel Yayıncılık.
67. Yeşilyurt, S. & Çapraz, C. (2018). Ölçek geliştirme çalışmalarında kullanılan kapsam geçerliği için bir yol haritası. Erzincan Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 20(1), 251-264.
68. Yıldırım, A. & Şimşek, H. (2018). Sosyal bilimlerde nitel araştırma yöntemleri. Seçkin Yayıncılık.
69. Yıldız, S. & Zengin, R. (2023). Türkiye'de okul öncesi fen eğitimine yönelik yapılan araştırmaların analizi: meta-sentez çalışması. Fırat Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, 33(3), 1183-1197.
70. Yore, L. D., Hand, B., Goldman, S. R., & Mintzes, J. J. (2014). Scientific literacy for decision making and the social construction of scientific knowledge. International Journal of Science Education, 36(10), 1663-1678.